The method of transitional processes in studies of geological media with magnetic viscosity

Authors

  • N. O. Kozhevnikov Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, Russian Federation
  • E. Yu. Antonov Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, Russian Federation
  • G. G. Matasova Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, Russian Federation
  • Ya. K. Kamnev Institute of Petroleum Geology and Geophysics SB RAS, Russian Federation

DOI:

https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v34i4.2012.116762

Abstract

The paper discusses the effect of magnetically viscous geological materials on the TEM response. Magnetic viscosity is a property of ferromagnetism. In rocks and soils it is often associated with superparamagnetism, or magnetic relaxation of ultra-fine ferrimagnetic mineral grains. Magnetic viscosity in TEM data shows itself as voltage decaying inversely proportional to the first power of time. Most often it is treated as a geologic noise that hinders inversion of TEM response in terms of electrical conductivity. On the other hand, there is evidence that magnetic viscosity effects are related to the mineralogy and history of natural and man-made geological materials. Therefore, it appears reasonable to learn how, (1) using TEM systems of different geometry, to amplify or depress the magnetic viscosity response and (2) interpret it in terms of rock magnetism. We show, through forward calculation of TEM responses, laboratory magnetic viscosity measurements both in time and frequency domains, and inversion of the field TEM data in terms of time-dependant magnetic susceptibility, how magnetic viscosity effects can be used as a source of important information on the near-surface geology. The discussed results present a first experience in applying the TEM method to purposeful investigation into magnetic relaxation of rocks. There are still a number of important issues that remain beyond this consideration and will be a subject of a special study, namely, equivalence, resolution, and influence of measurement errors on the inversion quality.

References

Антонов Е. Ю., Кожевников Н. О., Максимов П. С., Гомульский В. В. Импульсная индуктивная электроразведка геологических сред с вязкостью // Материалы Пятой всерос. школы-семинара им.М. Н. Бердичевского и Л. Л. Ваньяна по электромагнитным зондированиям Земли - ЭМЗ-2011. - В 2 кн. - СПб.: СПбГУ, 2011. - Кн. 2. - С. 11-14.

Барсуков П. О., Файнберг Э. Б. Исследование окружающей среды методом переходных процессов с использованием ВП и СПМ эффектов // Физика Земли. - 2002. - № 11. - С. 82-85.

Захаркин А. К., Бубнов В. М., Крыжановский В. А., Полетаева Н. Г., Тарло Н. Н.. Магнитная вязкость горных пород - новый осложняющий фактор метода ЗСБ // Поиск полезных ископаемых в Сибири методом зондирования становлением поля. - Новосибирск: СНИИГГиМС, 1988. - С. 19-26.

Камнев Я. К., Кожевников Н. О., Матасова Г. Г. Измерение магнитной вязкости во временной области лабораторной индукционной установкой // Материалы VIII Междунар. науч. конгр. (г. Новосибирск, 10-20 апр. 2012 г.) «Недропользование.

Горное дело. Новые направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых». - В 2 т. - Новосибирск: СГГА, 2012. - Т. 1. - С. 38-43.

Кобранова В. Н. Петрофизика. - Москва: Недра, 1986. - 392 с.

Кожевников Н. О., Антонов Е. Ю. Влияние релаксации намагниченности однородного полупространства на индукционные переходные характеристики // Геология и геофизика. - 2008. - 49, № 3. - С. 262-276.

Кожевников Н. О., Антонов Е. Ю. Влияние релаксации намагниченности двухслойного полупространства на индукционные переходные характеристики // Геология и геофизика. - 2009. - 50, № 10. - С. 1157-1170.

Кожевников Н. О., Антонов Е. Ю. Влияние релаксации намагниченности горизонтального пласта на индукционные переходные характеристики // Геология и геофизика. - 2011. - 52, № 4. - С. 512-520.

Кожевников Н. О., Кожевников О. К., Харинский А. В. Как поиски решения геофизической проблемы привели к открытию археологического памятника // Геофизика. - 1998. - № 6. - С. 48-60.

Кожевников Н. О., Никифоров С. П. Магнитная вязкость обожженных глин и возможность ее использования при археологических изысканиях // Рос. геофиз. журн. - 1999. - № 13 -14. - С. 42-46.

Кожевников Н. О., Снопков С. В. Суперпарамагнетизм в геоэлектрике. - 1990. - 32 с. - Деп. в ВИНИТИ 13.08.90, № 4584.

Кожевников Н. О., Снопков С. В. Магнитная вязкость траппов и ее связь с аномалиями электромагнитного поля в методе переходных процессов (Якутская кимберлитовая провинция) // Геология и геофизика. - 1995. - 36, № 5. - С. 91-102.

пат. 2045083 РФ. Способ геоэлектроразведки // А. К. Захаркин, В. М. Бубнов. - Опубл. 27.09.95, Бюл. № 27.

Сидоров В. А., Ткаченко А. К., Яхин А. М., Курьянов Ю. С., Соловьев А. М. Особые случаи переходных процессов // Электромагнитная индукция в верхней части земной коры. - Москва: Наука, 1990. - С. 84-85.

Стогний В. В., Кожевников Н. О., Антонов Е. Ю. Исследование магнитной вязкости горных пород в условиях их естественного залегания с помощью импульсной индуктивной электроразведки // Геология и геофизика. - 2010. - 51, № 11. - С. 1565-1575.

Трухин В. И. Введение в магнетизм горных пород. - Москва: Изд-во МГУ, 1973. - 272 с.

Barsukov P. O., Fainberg B. E. Superparamagnetism effect over gold and nickel deposits // Eur. J. Environmental and Engi. Geophysics. - 2001. - 6. - Р. 61-72.

Colani C., Aitken M. J. Utilization of magnetic viscosity effects in soils for archaeological prospecting // Nature. - 1966. - № 5069. - Р. 1315-1324.

Buselli G. The effect of near surface superparamagnetic material on electromagnetic transients // Geophysics. - 1982. - 47, № 9. - Р. 1315-1324.

Dabas M., Skinner J. R. Time-domain magnetization of soils (VRM), experimental relationship to quadrature susceptibility // Geophysics. - 1993. - 58, № 3. - Р. 326-333.

Fannin P. C., Charles S. W. On the influence of distribution functions on the after-effect function of ferrofluids // J. Phys. D. Appl. Phys. - 1995. - 28. - Р. 239-242.

Dunlop D. J., Özdemir Ö. Rock Magnetism: Fundamentals and Frontiers - New York; London; Cambridge: Cambr. Univ. Press, 1997. - 573 p.

Kozhevnikov N. O., Nikiforov S. P. Magnetic viscosity of fired clays and the possibility of its use for archaeological prospection // Proceed. of the Archaeological Science Conf. - Bournemouth Univ., 1995. - P. 163-169.

Kozhevnikov N. O., Kharinsky A. V., Kozhevnikov O. K. An accidental geophysical discovery of an Iron age archaeological site on the western shore of lake Baikal // J. Appl. Geophysics. - 2001. - 47, № 2. - Р. 107-122.

Lee T. The effect of a superparamagnetic layer on the transient electromagnetic response of a ground // Geophys. Prospecting. - 1984a. - 32. - Р. 480-496.

Lee T. J. The transient electromagnetic response of a magnetic or superparamagnetic ground // Geophysics, 1984b. - 49, № 7. - Р. 854-860.

Néel L. Théorie du trainage magnétique des ferromagnétiques en grains fin avec application aux terres cuites // Ann. Géophys. - 1949. - 5. - Р. 99-136.

Oldfield F., Thomson R., Dickson D. P. E. Artificial magnetic enhancement of stream bedload: a hydrological application of superparamagnetism // Physics of the Earth and Planetary Interiors. - 1981. - 26. - Р. 107-124.

Pasion L. R., Billings S. D., Oldenburg D. W. Evaluating the effects of magnetic soils on TEM measurements for UXO detection // Expanded Abstracts. - Tulsa, OK: Society of Exploration Geophysicists, 2002. - Р. 1428-1431.

The geophysics of the Elura orebody / Ed. D. M. Emerson. - Sydney: Austral. Soc. Expl. Geophys., 1980. - 205 p.

Thiesson J., Tabbagh A., Flageul S. TDEM magnetic viscosity prospecting using a Slingram coil configuration // Near Surface Geophysics. - 2007. - Р. 363-374.

Thompson R., Oldfield F. Environmental Magnetism. - London: Allen and Unwin, 1986. - 227 p.

Worm H.-U. The superparamagnetism of Yucca Mountain Tuff // J. Geophys. Res. - 1999. - 104, N B11. - Р. 25,415-25,425. - (Nov. 10).

Published

2012-08-01

How to Cite

Kozhevnikov, N. O., Antonov, E. Y., Matasova, G. G., & Kamnev, Y. K. (2012). The method of transitional processes in studies of geological media with magnetic viscosity. Geofizicheskiy Zhurnal, 34(4), 137–149. https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v34i4.2012.116762

Issue

Section

Articles